OM Solar

OMソーラーの評価

　OMソーラーについて太陽からのエネルギーをどれだけ取り込んだか、またそのために必要としたエネルギーはどれほどであったかを評価しました。論文として、「もったいない学会⁽¹⁾」において発表⁽²⁾しましたので、それをベースに加筆し掲載します。

はじめに

　家庭部門におけるエネルギー消費は、給湯30％と暖房22％で全体の半分を占め^（3）、この分野の省エネルギー化が求められます。住宅の省エネルギー化にはさまざまなものがありますが、太陽の熱エネルギーを直接取り込み、暖房と給湯に用いるパッシブソーラシステムが有望です。ＯＭソーラー⁽⁴⁾として商品化されており、報告者は家を新築する際2002年に導入しました。日野気象台で気温、室温、太陽の強さなどを計測するとともに、エネルギー消費について統計データを取ることができましたので、それを元にOMソーラのエネルギー収支の評価（EPR評価）を行いました。

１．ＯＭソーラーのしくみ

　ＯＭソーラーは太陽の熱エネルギーを屋根で集めて、変換せず熱として直接取り込むパッシブソーラシステムで、1980年代に奥村昭雄⁽⁵⁾が提唱したものです。
　冬季の場合から説明します。図１．に示すように、屋根は2重構造になっており、軒先から外気をとりいれ、降り注ぐ太陽の熱で2重屋根の間を通過する間に温められます。それをモータ駆動のファンにより床下に送り、基礎コンクリートに熱を蓄えます。蓄えた熱は、夕方以降、ゆっくりと放熱して建物全体を床から温めます。稼働している間は、常に新鮮な外気を室内に取り込み、暖房しながら換気するのが特色で、いわゆる健康住宅といわれます。
　夏は、窓を大きく開け自然換気が基本です。風向を事前調査し、風を取り込むよう住宅設計をします。夏の間、図２．のように屋根の熱は室内に取り込むことなく、お湯採りに利用し、余った熱を屋外へ排出します。また、夏の晴れた日の夜間は、放射冷却によって屋根が冷えるので、温度の下がった空気を室内に取り込むことができます。
　各所に温度センサがあり、その値によって、夏・冬、昼・夜などに対応した空気の流れを制御します。そのための主要構成品はハンドリングボックスと呼ばれ、図３．に示すような構造です。夏のお湯採りは図４．のように、行われます。
　太陽熱だけで足りないときは補助暖房装置を、夏期においては必要により冷房装置を動かします。


図１　OMソーラーの冬の動作		図２　OMソーラーの夏の動作


図３　OMソーラシステム主要部⁽⁴⁾		図４　お湯採り⁽⁴⁾

２．評価対象のＯＭソーラー住宅

　報告者は、2002年12月にＯＭソーラー住宅を建設、入居しましました(表１）。取り込んだ太陽熱を有効に生かすため、高気密、高断熱など、住宅の基本的な性能が重要です。十分な量の断熱材を用いるのみならず、窓からにげる熱を減らすため、アルゴンガス入り複層ガラス、木製サッシを採用しました。ただし、これらはＯＭソーラー独特のものではなく、近年の高性能住宅仕様と同等です。すなわちOMソーラーの住宅は、高性能住宅に上記2重屋根、ハンドリングボックスとエネルギー蓄積装置としての貯湯タンクなどを付加したものです。屋根の2重構造（鉄板）、ダクト（ボール紙）などは、通常の部材が用いられています。制御用のセンサのほかに、気象センサを設置し、計測データをパソコンに取り込むようにしましました。温湿度のみならず、風向、風力、気圧なども計測し、その結果をホームページに５分ごとにアップし、デジタル日野気象台として公表⁽⁶⁾しています。

表１　評価対象住宅
建設地	東京都日野市
工法	在来工法 OMソーラシステ高気密、高断熱アルゴンガス入り複層ガラス、木製サッシ
入居	2005.12
延べ床	122ｍ2
集熱面積	33ｍ2
貯湯タンク	300リットル
その他	通風と木陰、国産材
設計・施工	鈴木工務店（東京都町田市）

３．測定結果

　たとえば、図５．は７月の１ヶ月の風向、風速の統計データで、夏は南西の風が多く吹き、夜間にはおさまることがわかります。夏の南西の風が、２階の北側の窓にスムースに流れるようにい、吹き抜け構造としています。また、図６．は１年間の外気温と室温を示したもので、外気は最低マイナス６℃、最高37℃にもなります。しかしながら、ＯＭソーラーの導入により、室内は冬において最低気温は15℃におさえられ、また夏もほとんど冷房なしに、過ごすことができました。

図５　風向、風速の統計データ

図６　1年間の外気温と室内温度

４．ＥＰＲ評価

　自然界からエネルギーという恵を得ようとする際に、それを得るためにエネルギーが必要です。すなわち、得られるエネルギー全てが有効に使えるわけではなく、図７.のように、E_outを得ようとすれば、E_inが必要であり、その比をEPR（ Energy Profit Ratio）といいます⁽⁷⁾。そしてEPRが大きいほど質の高いエネルギー源といいます。たとえば、石油を油田から獲得する場合、多くの油田で開発当初は100バレルの石油を得るのに、1バレルのエネルギーしか必要なかったものが（EPR=100)、その油田が古くなると、海水注入などたくさんのエネルギーを必要とし、EPR＝３程度となってしまうといわれています。

図７　EPR

　次にＯＭソーラーについてエネルギー収支（EPR）を計算してみます。この系のEPRは、（A）取り込んだ太陽エネルギーと（B）太陽エネルギーを取り込むために使用しましたエネルギーの比すなわち
　　EPR = A / B
で求められます。
　（A）の取り込んだ太陽エネルギーについては直接測定ができないので、OMソーラーを使用していない住宅の消費エネルギー（C）と当住宅の消費エネルギー（D）の差をもって、太陽から得られたエネルギーとします。すなわち
　　A = C - D
で求めることとします。
　まず（D）については、この家は都市ガスと、電力が使用されているので、1年分のガスと電気の検針データを、Jに換算して消費エネルギーとします。図８．に示すように電気消費量は通年でほとんど変化が無く、冬は、補助暖房により、ガス消費が増大しています。夏の給湯はほとんど太陽熱により供給されるので、ガス消費が激減しています。この家の１年間の消費エネルギーは、ガス21 GJ、電気48 GJ、合計69 GJでした。
　つぎに、（C）のOMソーラーのない住宅の消費エネルギーについて求めます。本来ならば当住宅において１年間OMソーラーを切って運用し、その消費エネルギーを測定すべきですが、生活上それは不可能なので、同程度の仕様の高性能住宅と比較することとします。ＮＥＤＯが当住宅と同程度の規格（補助金を出す要件）を持った住宅のデータを公表していますので^（8）、その中から当住宅と同様の気象条件のもの（690世帯分の平均）の消費エネルギーを用いることとします。それによると、（C）は年間106GJですので、（A）は106 －69GJとなります。（図９．）
　一方、（B）は、OMソーラーを運転するために必要となるエネルギーで、空気を取り入れるためのモータの電気消費量です。OMソーラーハウスにおいてはモータの消費電力が記録されており、5.3 GJ / 年でありました。それは平均150 Wのモータが1日10時間運転に相当します。
　このほか、OMソーラーを建設・廃棄するためのエネルギーも考慮します。OMソーラシステムにおいて付加された主要部材は、前述のとおりハンドリングボックスと貯湯タンクのみとみて、　表２．の値を用い、重量×エネルギー原単位 / 年数 × 単位換算係数により、建設の設備エネルギーを計算します。具体的には、
　　（40+30）/ 1000 ×15 / 50 * 4.2
であり、これにより88ＭＪ/年を得ます。
　以上により、EPRは
EPR = A / B
　　　　= (C - D) / B = (106 - 69) / (5.3 +　0.088) = 6.9　
と計算されます。すなわち、消費したエネルギーの約7倍のエネルギーを獲得することができます。

図８　1年間の消費エネルギー

図９　取り込んだ太陽エネルギー

表２　主要部材
重量	ハンドリングボックス40 kg 貯湯タンク30kg
主要素材	鉄
設計寿命	50年
エネルギー原単位ボイラーの値を準用（６）	15 Gcal / ton

５．まとめ

　太陽熱利用形のOMソーラー住宅は、ローテクながら良い性能で、EPR約7が得られました。それ以上に自然のめぐみを感じる家で、なによりも快適です。家中、温度差がなく、”温度のバリアフリー”実現されています。また、早春の季節で、花粉症に悩まされていましたが、この家はこの時期、暖気を屋根から取り入れていますが、空気の速度は遅く、花粉は入ってこないため、花粉症から解放されました。入居から8年たちましたがその間無故障で運転しています。
　 OMソーラーの建設コストと省エネルギーされた電気ガス料金から、マネーペイバックタイムを計算すると12年となります。コストの点からも妥当な解といえます。
　改善したい点をしいて挙げるとすれば、現在、取り入れのためのモータは、交流の商用電源を用いていますが、直流モータとして、太陽電池で運転すればさらにEPRは向上されるでしょう（すでに商品化されている）。また補助暖房装置は、現在FF式（強制給排気式）のガスストーブを用いていますが、ヒートポンプ式空調装置をもちいれば、さらにEPR値を改善することができるでしょう。

参考文献、注釈

(1)　もったいない学会：NPO法人「もったいない学会」とは、正式には「石油ピークを啓蒙し脱浪費社会をめざすもったいない学会」という。エネルギーと文明の関係を正しく理解し、石油ピーク後の社会を皆で考え拡げていくのが目的、2006年8月に発足、翌年東京都の法人となった。http://www.mottainaisociety.org/index.html
(2)　石川宏「太陽熱利用住宅のEPR評価」：http://www.mottainaisociety.org/mso_journals/vol3/ishikawa_final.pdf
(3)　資源エネルギー省「平成１９年度エネルギーに関する年次報告」（エネルギー白書２００８）
(4)　 OMソーラー： http://omsolAr.jp/omsolar/index.html
(5)　奥村昭雄 http://omsolar.jp/info/interview10.html
(6)　デジタル日野気象台：http://park18.wakwak.com/~weather/
(7)　松島潤「EPRの社会科学的アプローチ」：http://www.mottainaisociety.org/mso_journals/vol4/matsushima.pdf
(8)　平成13～16年度にNEDOの「住宅・建築物高効率エネルギーシステム導入促進事業」で高効率システムの導入に補助金を受け、なおかつNEDOに報告しましたエネルギー使用量が有効とされた690世帯の平均 http://www.omsolar.net/himawari/energy/e_nedo_2007.asp
(9)　天野治：「エネルギー原単位表」もったいない学会ホームページ